EP4631774A1 - Kraftfahrzeug mit einer hochvoltbatterie - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einer hochvoltbatterie

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Publication number
EP4631774A1
EP4631774A1 EP24168891.0A EP24168891A EP4631774A1 EP 4631774 A1 EP4631774 A1 EP 4631774A1 EP 24168891 A EP24168891 A EP 24168891A EP 4631774 A1 EP4631774 A1 EP 4631774A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor vehicle
vehicle according
sheet
battery
tub
Prior art date
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Pending
Application number
EP24168891.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuel ERLACHER
Werner Schwarzl
Christian LIENHART
Philipp RASTL
Severin Stadler
Daniel Neuhold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Priority to US19/096,932 priority patent/US20250313097A1/en
Priority to CN202510405819.4A priority patent/CN120784550A/zh
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    • B60K2001/0472—Removal or replacement of the energy storages from below

Definitions

  • the present invention relates to a motor vehicle with a high-voltage battery and a method for producing such a motor vehicle.
  • high-voltage batteries can be installed in motor vehicles, particularly as traction batteries to provide electrical energy for the propulsion of the vehicle.
  • the battery then has a battery housing that houses the cell modules.
  • Battery housings are usually assembled from various individual parts.
  • the battery housing is installed in an underbody using screws and is removable.
  • the tightness of the vehicle body is ensured by corresponding components in the floor assembly and is independent of the battery housing.
  • the entire battery unit must be removed from the vehicle.
  • a further objective is to provide a simple and cost-effective method for manufacturing such a motor vehicle.
  • the high-voltage battery comprises a battery housing, wherein the battery housing comprises at least side walls and a cover covering the side walls at the top, wherein a plurality of battery cells are arranged in the battery housing, wherein the side walls and the cover are formed by a tray which is open at the bottom, wherein a carrier plate forms the base of the high-voltage battery which covers the tray on its underside, wherein the battery cells are mounted on the carrier plate, wherein the tray is joined from at least two sheets of different material thickness and/or material quality.
  • a high-voltage storage device has a battery housing which, in contrast to conventional designs, does not use separate lateral housing or frame components or a separate cover, but rather a tray that forms the side walls and the cover of the battery housing, which is located on top when installed in the motor vehicle.
  • This inverted tray can be easily and cost-effectively equipped with additional battery components, such as battery cells in particular, and can be structurally integrated into the vehicle body.
  • This tray can simultaneously close off the floor assembly from below.
  • the tray can be directly connected to the floor panel of the motor vehicle and/or, for example, partially form the floor panel.
  • Components such as a separate battery cover or separate side panels or frame components can also represent a cost and weight advantage.
  • the pan is made of at least two sheets of different thickness and/or grade. The two sheets can thus be optimized by using different material thicknesses and grades. This allows for a particularly low weight of the battery housing. Furthermore, the materials can be optimally matched to the crash and rigidity requirements of the body.
  • the battery cells can be mounted in a simple and cost-effective manner on a carrier plate that forms the base of the battery housing. After the carrier plate has been loaded with the battery cells, and preferably after the battery cells have been electrically connected, the fully assembled carrier plate can be joined to the tray, in particular screwed, to close the battery housing.
  • the finished high-voltage battery can then be installed in a vehicle body, preferably using mechanical joining elements such as screws or rivets, in addition to an assembly adhesive, thus enabling continuous vehicle production without the need to remove the vehicle for the adhesive to cure.
  • a first sheet having a first material thickness and/or material quality essentially forms the side walls of the tub and a second sheet having a second material thickness and/or material quality essentially forms the lid.
  • the trough forms a two-part component group, wherein the first sheet and the second sheet are welded together in a flange area and are preferably sealed in the flange area.
  • the tub is manufactured in one piece by blank welding, wherein the first sheet and the second sheet are already welded together as a blank and are subsequently formed.
  • the battery cells are mounted upright on the carrier plate so that the electrical contacts of the battery cells are directed upwards and the cell bottoms are directed downwards.
  • the battery cells are preferably mounted on a cell carrier, particularly preferably mounted vertically, wherein the cell carrier is formed integrally with the carrier plate or is joined to the carrier plate.
  • the battery cells are thus mounted indirectly on the carrier plate via the cell carrier.
  • At least one or more flat cooling plates are arranged on the cell carrier, below the battery cells.
  • the carrier plate preferably forms an underrun protection plate for the vehicle. Access to the battery cells can be ensured from below via the carrier plate, which is preferably removable and also serves as an underrun protection plate.
  • the cover of the tub forms a floor panel of the motor vehicle and/or the cover of the tub is attached to a floor panel from below, In particular, screwed and/or glued.
  • the cover of the tub can, for example, form the base plate in some areas and be joined to a base plate in other areas, particularly at the edges.
  • the cover of the tub may have attachment points for seat cross members.
  • Seat cross members are preferably attached to the tub, in particular glued and/or screwed to the tub cover.
  • the pan is mounted from below, preferably glued and screwed, to another supporting structure of the motor vehicle, preferably to the side sills of the motor vehicle.
  • the sill can, for example, be manufactured in a shell construction.
  • the pan can then be joined to one or more shells of the sill, each preferably glued and/or screwed.
  • the trough in particular the side walls of the trough, can form part of the supporting structure of the motor vehicle, preferably the side sills of the motor vehicle.
  • a shell of the sill can be formed by a side wall of the trough.
  • a plurality of cross members of the supporting structure of the motor vehicle are arranged within the tray of the high-voltage battery.
  • the cross members can be welded to the cell support or formed as a single piece.
  • the battery cells are mounted upright on the cross members in the spaces between the cross members, so that several parallel rows of battery cells run between the cross members.
  • the battery cells can be mounted individually in the tray or combined into battery cell modules.
  • the high-voltage battery can thus have battery modules mounted vertically.
  • a method according to the invention for producing a motor vehicle can provide that the tub is formed by shaping the first sheet and the second sheet and then welding them together in a flange area or that the first sheet and the second sheet are already welded together as a blank and then formed to form the tub.
  • a method according to the invention for producing a motor vehicle can provide that in a pre-assembly process the battery cells are placed on the carrier plate, in particular are inserted into the cell carrier, then the carrier plate is joined to the tray to produce the high-voltage battery, and then the pre-assembled high-voltage battery is mounted from below in another support structure of the motor vehicle, preferably fastened to side sills of the motor vehicle.
  • At least one flat cooling element i.e., a cooling plate
  • a cooling plate can be arranged on the carrier plate, for example, inserted, before the battery cells are mounted.
  • the battery cells are then inserted onto the carrier plate, particularly into the cell carrier.
  • the battery cells can then be connected.
  • the support plate and tray can then be screwed together.
  • the cell support can be designed as a one-piece casting, or also as a multi-part welded assembly or as a combination of materials - for example the carrier plate made of fiber-reinforced material such as GRP and the cell carrier made of metal, especially aluminum.
  • the cells After screwing the carrier plate to the tray to form the housing, the cells can be connected to plug connectors through a recess on one end of the housing.
  • a locking plate which also contains the plug connectors, can then be screwed gas-tight to the housing.
  • the pre-assembly of the battery housing can be carried out in the removed state, outside the vehicle to be manufactured.
  • the pre-assembled battery can be brought to an assembly line and installed into the vehicle from below using standard handling devices.
  • the pre-assembled high-voltage battery can be mounted from below in another supporting structure of the vehicle, preferably attached to the side sills of the vehicle, for example by screwing.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a high-voltage battery in a tray 1 of a motor vehicle according to the invention, in the transverse direction. The vehicle is seen from the front. In Fig. 3 the same vehicle is in a section normal to the section of the Fig. 1 shown, i.e. in the longitudinal direction of the vehicle, seen from the side.
  • the motor vehicle shown in detail comprises a high-voltage battery that includes a battery housing.
  • the battery housing comprises side walls 1.1 and a cover 1.2 covering the side walls 1.1 at the top.
  • the side walls 1.1 and the cover 1.2 are formed by a tray 1 that is open at the bottom.
  • a plurality of battery cells 2 are arranged in the battery housing, i.e., in the tray 1.
  • the battery cells 2 are mounted upright within the tray 1 on a support plate 4, so that the electrical contacts of the battery cells 2 face upward and the cell bottoms face downward.
  • the battery cells 2 are mounted on a cell carrier 6, which is joined to the carrier plate 4 or formed in one piece.
  • Flat cooling plates 7 are arranged on the cell carrier 6, below the battery cells 2.
  • the cover 1.2 of the tub 1 forms a floor panel 3 of the motor vehicle and is fastened at the lateral edges from below to another, edge-side floor panel 3, namely screwed via screw connections 11 and additionally glued, by means of adhesive 13, between the edge-side floor panel 3 and the cover 1.2 of the tub 1.
  • the edge-side floor panel 3 can be formed by the sill 9, in particular by a shell of the sill inside above 9.2.
  • the cover 1.2 of the tub 1 optionally has attachment points 14 for seat cross members.
  • Seat cross members can be attached directly to the tub 1, in particular by screwing them to the cover 1.2.
  • the pan 1 is attached to a side sill 9 of the motor vehicle, namely mounted from below.
  • the pan 1 is attached to the sill 9 using adhesive 13 and a screw connection 11.
  • the attachment to the sill 9 can be made at a lateral edge of the pan 1, which forms a flange parallel to the roadway and the cover 1.2.
  • the pan 1 is in Fig. 1 attached to a shell 9.1 of the sill 9, which forms the outer side of the sill 9.
  • An additional attachment of the trough 1 is effected, as previously described, with a shell 9.2 of the sill 9, which can be located inside and can form an upper part of the sill 9.
  • a lower part of the inner side of the sill 9 can be formed by the side walls 1.1 of the trough 1.
  • the sill 9 can also have a central stiffener or shell 9.3.
  • the central shell 9.3 can also be attached to the trough 1.
  • the tub 1, in particular side walls 1.1 of the tub 1, thus form part of the supporting structure of the motor vehicle, namely the side sills 9 of the motor vehicle.
  • the tub 1 is made of at least two sheets 1.3, 1.4 of different material thickness and/or material quality, as shown in Fig. 2a and Fig. 2b This allows weight savings to be achieved through optimal thickness distribution.
  • a first sheet 1.3 with a first material thickness essentially forms the side walls 1.1 of the tub 1.
  • a second sheet 1.4 with a second material thickness essentially forms the cover 1.2 and thus preferably also the base plate 3.
  • the trough 1 forms a two-part component assembly, namely a welded assembly.
  • the first sheet 1.3 has a material thickness of 2 mm
  • the second sheet 1.4 has a material thickness of 1 mm.
  • the first sheet 1.3 and the second sheet 1.4 are welded and sealed together in a flange area 8.
  • the flange area 8 is arranged horizontally.
  • the tub 1 is manufactured in one piece by blank welding. Two sheets of different thickness are welded together as a blank and then formed. The material is thus blank welded with a thickness of 2 mm in the area of the side wall 1.1 of the tub 1 and with a thickness of 1 mm in the area of the lid 1.2 of the tub 1.
  • a plurality of cross members 5 of the supporting structure of the motor vehicle are arranged within the tray 1 of the high-voltage battery, wherein the cross members 5 can be formed integrally with the cell carrier 6.
  • the battery cells 2 are each mounted on the cross members 5 in the spaces between the cross members 5, so that several parallel rows of battery cells 2 run between the cross members 5.
  • the battery cells 2 can be attached to the cross members 5 via mechanical joining elements 11, such as screws, for example, by screwing.
  • the carrier plate 4 forms the base of the high-voltage battery, covering the underside of the tray 1.
  • the fastening points 16 of the carrier plate 4 are at the same Y position as the fastening points 15 of the tray 1.
  • the carrier plate 4 has recesses at the screw positions of the tray 1 so that it can be joined.
  • the advantage of this design is the improved force flow in the event of a side impact, and in a further enlarged interior of the battery housing.
  • the fastening points 16 of the carrier plate are closer to the battery cells 2 in the Y direction than the fastening points 15 of the tray or between the fastening points 15 of the tray, i.e. inside.
  • a battery housing is structurally integrated into a vehicle body like an inverted tray 1 and simultaneously seals off a floor assembly from below.
  • An assembly adhesive system with adhesive 13 is used to join the tray 1, in combination with mechanical joining elements 11, such as screws, rivets, etc.
  • the mechanical joining points 11 enable continuous vehicle production without the need to remove the vehicle for the adhesive 13 to cure.
  • the battery modules 2 are arranged vertically on a carrier plate 4 with an integrated cell carrier 6 and are installed from below.
  • the carrier plate 4 also serves as underrun protection and is removable.
  • the pre-assembly of the battery housing takes place in the removed state.
  • the cooling plates 7 are inserted into the cell carrier 6.
  • the cells 2 are inserted into the cell carrier from above and electrically connected.
  • the carrier plate 4 and the tray 1 are screwed together.
  • the cell carrier 6 can be designed as a one-piece cast part together with the carrier plate 4, as a multi-part welded assembly, or as a material combination, for example, the carrier plate 4 made of GRP and the cell carrier 6 made of aluminum.
  • the cells 2 are connected to the plug connectors on the front side of the housing through a recess.
  • a locking plate which also contains the plug connectors, is then screwed to the housing in a gas-tight manner.
  • a key advantage of this arrangement is the increase in installation space in the Y direction by the cross-section that a battery frame usually requires, as well as the integration of several components and the associated savings in individual parts and joining technology.
  • the Z dimension chain also becomes smaller due to the missing air gap between the base plate and the battery housing.
  • Eliminating the battery frame further saves costs and weight.

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Abstract

Ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie, wobei die Hochvoltbatterie ein Batteriegehäuse umfasst, wobei das Batteriegehäuse zumindest Seitenwände (1.1) und einen die Seitenwände (1.1) oben bedeckenden Deckel (1.2) umfasst, wobei eine Vielzahl von Batteriezellen (2) im Batteriegehäuse angeordnet sind, wobei die Seitenwände (1.1) und der Deckel (1.2) einteilig durch eine unten offene Wanne (1) ausgebildet sind, wobei eine Trägerplatte (4) den, die Wanne (1) an deren Unterseite bedeckenden Boden der Hochvoltbatterie bildet, wobei die Batteriezellen (2) auf der Trägerplatte (4) montiert sind, wobei die Wanne (1) aus zumindest zwei Blechen (1.3, 1.4) verschiedener Materialdicke und/oder Materialgüte gefügt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeugs.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeugs.
    • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass Hochvoltbatterien in Kraftfahrzeuge verbaut werden können, insbesondere als Antriebsbatterie zur Bereitstellung einer elektrischen Energie für den Antrieb des Kraftfahrzeugs. Die Batterie besitzt dann ein Batteriegehäuse, das die Zellmodule beherbergt. Batteriegehäusen sind üblicherweise aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt, Das Batteriegehäuse wird in einem Unterboden mittels Schrauben verbaut und ist demontierbar. Die Dichtheit der Fahrzeugkarosserie wird über entsprechende Bauteile in der Bodengruppe sichergestellt und ist unabhängig vom Batteriegehäuse. Dabei ist, außer an den Schraubstellen, üblicherweise ein Spalt zwischen der Batterie und der Fahrzeugstruktur von mindestens einigen Millimetern vorhanden, damit ein Scheuern im Betrieb (Geräusche, Korrosion...) vermieden wird, aber auch um eine kollisionsfreie Montage zu ermöglichen. Zur Wartung oder Reparatur muss die komplette Batterieeinheit vom Fahrzeug demontiert werden.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie anzugeben, wobei die Hochvoltbatterie einen geringen Bauraumbedarf hat, sodass der Energieinhalt im Hochvoltspeicher vergrößert sein kann und damit die Reichweite des Fahrzeuges erhöht wird, wobei auch Gewicht und Herstellungskosten niedrig sind. Eine weitere Aufgabe ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Kraftfahrzeugs anzugeben.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie, wobei die Hochvoltbatterie ein Batteriegehäuse umfasst, wobei das Batteriegehäuse zumindest Seitenwände und einen die Seitenwände oben bedeckenden Deckel umfasst, wobei eine Vielzahl von Batteriezellen im Batteriegehäuse angeordnet sind, wobei die Seitenwände und der Deckel durch eine unten offene Wanne ausgebildet sind, wobei eine Trägerplatte den, die Wanne an deren Unterseite bedeckenden Boden der Hochvoltbatterie bildet, wobei die Batteriezellen auf der Trägerplatte montiert sind, wobei die Wanne aus zumindest zwei Blechen verschiedener Materialdicke und/oder Materialgüte gefügt ist.
  • Erfindungsgemäß weist ein Hochvoltspeicher ein Batteriegehäuse auf, dass im Gegensatz zu den herkömmlichen Bauweisen keine getrennten seitlichen Gehäuse- bzw. Rahmenbauteile und keinen getrennten Deckel verwendet, sondern eine Wanne, die die Seitenwände und den in Einbaulage im Kraftfahrzeug oben liegenden Deckel des Batteriegehäuses ausbildet. Diese verkehrte Wanne kann einfach und kostengünstig mit weiteren Batteriebauteilen, wie insbesondere Batteriezellen bestückt werden und in die Fahrzeugkarosserie strukturintegriert eingebaut werden. Diese Wanne kann gleichzeitig die Bodengruppe von unten abschließen. Die Wanne kann direkt auf das Bodenblech des Kraftfahrzeugs abschließen und/oder beispielsweise bereichsweise das Bodenblech ausbilden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist der Bauraumzugewinn in Z-Richtung, da der Luftspalt, der üblicherweise zwischen Batteriedeckel und Bodenblech eingehalten werden muss, hier entfallen kann. Ein Verzicht auf getrennte Bauteile, wie einen getrennten Batteriedeckel oder getrennte Seitenteile bzw. Rahmenbauteile, kann auch einen Kosten- und Gewichtsvorteil darstellen. Die Wanne ist aus zumindest zwei Blechen verschiedener Materialdicke und/oder Materialgüte gefügt. Die beiden Bleche können somit optimiert ausgeführt werden, indem unterschiedliche Materialdicken und Güten eingesetzt werden. Hierdurch kann ein besonders geringes Gewicht des Batteriegehäuses erzielt werden. Weiters können die Materialien für Crash- und Steifigkeitsanforderungen der Karosserie optimal abgestimmt werden.
  • Die Batteriezellen können auf einfache und kostengünstige Art auf eine Trägerplatte montiert werden, die den Boden des Batteriegehäuses bildet. Nach der Bestückung der Trägerplatte mit den Batteriezellen, und bevorzugt nach der elektrischen Verbindung der Batteriezellen, kann die fertig bestückten Trägerplatte mit der Wanne gefügt werden, insbesondere verschraubt werden, um das Batteriegehäuse zu schließen. Die fertige Hochvoltbatterie kann dann in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut werden, bevorzugt unter Verwendung von mechanischen Fügeelementen, wie Schrauben oder Nieten, zusätzlich zu einem Montageklebstoff, sodass eine kontinuierliche Fertigung der Fahrzeuge möglich ist, ohne dass das Fahrzeug zum Aushärten des Klebstoffes ausgeschleust werden muss.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
  • Bevorzugt bildet ein erstes Blech mit einer ersten Materialdicke und/oder Materialgüte im Wesentlichen die Seitenwände der Wanne aus und ein zweites Blech mit einer zweiten Materialdicke und/oder Materialgüte bildet im Wesentlichen den Deckel aus.
  • Gemäß einer Ausführungsform bildet die Wanne eine zweiteilige Bauteilgruppe, wobei das erste Blech und das zweite Blech in einem Flanschbereich miteinander verschweißt sind und bevorzugt im Flanschbereich abgedichtet sind.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Wanne einteilig durch Platinenschweißen hergestellt, wobei das erste Blech und das zweite Blech bereits als Platine miteinander verschweißt sind und anschließend umgeformt sind.
  • Bevorzugt sind die Batteriezellen stehend auf der Trägerplatte montiert, so dass die elektrischen Kontakte der Batteriezellen nach oben gerichtet sind und die Zellenböden nach unten gerichtet sind.
  • Bevorzugt sind die Batteriezellen auf einem Zellenträger montiert, besonders bevorzugt stehend montiert, wobei der Zellenträger einstückig von der Trägerplatte ausgebildet ist oder mit der Trägerplatte gefügt ist. Die Batteriezellen werden somit mittelbar über den Zellenträger auf der Trägerplatte montiert.
  • Besonders bevorzugt sind zumindest eine oder mehrere flächige Kühlplatten auf dem Zellenträger angeordnet, unterhalb der Batteriezellen.
  • Die Trägerplatte bildet bevorzugt ein Unterfahrschutzblech des Kraftfahrzeugs aus. Die Zugänglichkeit zu den Batteriezellen kann von unten gewährleistet sein, über die bevorzugt demontierbares Trägerplatte, die gleichzeitig als Unterfahrschutz dient.
  • Bevorzugt bildet der Deckel der Wanne ein Bodenblech des Kraftfahrzeugs und/oder ist der Deckel der Wanne von unten an einem Bodenblech befestigt, insbesondere verschraubt und/oder geklebt. Der Deckel der Wanne kann beispielsweise bereichsweise das Bodenblech ausbilden und beispielsweise in anderen Bereichen, insbesondere an Rändern, mit einem Bodenblech gefügt sein.
  • Der Deckel der Wanne kann Befestigungspunkte für Sitzquerträger aufweisen. Sitzquerträger sind bevorzugt an der Wanne befestigt, insbesondere mit dem Deckel der Wanne verklebt und/oder verschraubt.
  • Vorzugsweise ist die Wanne an einer übrigen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, bevorzugt an seitlichen Schwellern des Kraftfahrzeugs, von unten montiert, bevorzugt geklebt und geschraubt. Der Schweller kann beispielsweise in Schalenbauweise hergestellt sein. Die Wanne kann dann mit einer oder mehreren Schalen des Schwellers gefügt sein, jeweils bevorzugt geklebt und/oder geschraubt.
  • Die Wanne, insbesondere Seitenwände der Wanne, können einen Teil der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, bevorzugt der seitlichen Schweller des Kraftfahrzeugs, ausbilden. Beispielsweise kann eine Schale des Schwellers durch eine Seitenwand der Wanne gebildet werden.
  • Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs innerhalb der Wanne der Hochvoltbatterie angeordnet.
  • Die Querträger können mit dem Zellenträger verschweißt oder einstückig ausgebildet sein.
  • Bevorzugt sind die Batteriezellen jeweils in den Zwischenräumen zwischen den Querträgern stehend an den Querträgern montiert, so dass mehrere parallele Reihen von Batteriezellen zwischen den Querträgern verlaufen. Die Batteriezellen können einzeln in die Wanne montiert sein oder in Batteriezellenmodule zusammengefasst in die Wanne montiert sein. Die Hochvoltbatterie kann somit stehend montierte Batteriemodule aufweisen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs, wie zuvor beschrieben, kann vorsehen, dass die Wanne dadurch gebildet wird, dass das erste Blech und das zweite Blech geformt werden und danach in einem Flanschbereich miteinander verschweißt werden oder dass das erste Blech und das zweite Blech bereits als Platine miteinander verschweißt werden und anschließend umgeformt werden, um die Wanne zu bilden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs, wie zuvor beschrieben, kann vorsehen, dass in einem Vormontageprozess die Batteriezellen auf die Trägerplatte aufgesetzt werden, insbesondere in den Zellenträger eingesetzt werden, dann die Trägerplatte mit der Wanne gefügt wird, zur Herstellung der Hochvoltbatterie, und danach die vormontierte Hochvoltbatterie von unten in einer übrigen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs montiert wird, bevorzugt an seitlichen Schwellern des Kraftfahrzeugs befestigt.
  • Zumindest ein flächiges Kühlelement, also eine Kühlplatte, kann vor dem Montieren der Batteriezellen auf der Trägerplatte angeordnet werden, zum Beispiel eingelegt werden. Danach werden die Batteriezellen auf die Trägerplatte, insbesondere in den Zellenträger, eingesetzt. Danach können die Batteriezellen verschaltet werden.
  • Dann kann die Trägerplatte und Wanne miteinander verschraubt werden. Der Zellenträger kann als einteiliges Gußteil ausgeführt werden, oder auch als mehrteilige Schweißbaugruppe oder auch als Materialkombination - zum Beispiel die Trägerplatte aus faserverstärktem Material wie GFK und der Zellenträger aus Metall, insbesondere aus Aluminium.
  • Nach dem Verschrauben der Trägerplatte mit der Wanne, um das Gehäuse zu bilden, kann eine Kontaktierung der Zellen zu Steckerverbindungen an einer Stirnseite des Gehäuses durch eine Ausnehmung erfolgen. Danach kann eine Schließplatte, die auch die Steckverbindungen beinhaltet, gasdicht an das Gehäuse verschraubt werden.
  • Die Vormontage des Batteriegehäuses kann im ausgebauten Zustand, außerhalb des herzustellenden Kraftfahrzeugs, erfolgen.
  • Die vormontierte Batterie kann an ein Montageband gebracht werden und von unten mittels üblicher Manipulationsvorrichtungen in das Fahrzeug eingebaut werden.
  • Die vormontierte Hochvoltbatterie kann von unten in einer übrigen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs montiert werden, bevorzugt an seitlichen Schwellern des Kraftfahrzeugs befestigt werden, zum Beispiel verschraubt werden.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
    • Fig. 1
    ist eine Schnittansicht eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in Querrichtung des Fahrzeugs (X-Schnitt).
    Fig. 2a
    ist eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer Wanne eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
    Fig. 2b
    ist eine Schnittansicht eines Teilbereichs einer Wanne eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
    Fig. 3
    ist eine Schnittansicht eines Teilbereichs eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in Längsrichtung des Fahrzeugs (Y-Schnitt).
    Fig. 4
    ist eine Schnittansicht eines Teilbereichs eines weiteren erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in Längsrichtung des Fahrzeugs (Y-Schnitt), in einer alternativen Ausführung.
    Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Hochvoltbatterie in einer Wanne 1 eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, in Querrichtung. Das Fahrzeug ist also von vorne gesehen. In Fig. 3 ist das selbe Fahrzeug in einem Schnitt normal zum Schnitt der Fig. 1 dargestellt, also in Längsrichtung des Fahrzeugs, von der Seite her gesehen.
  • Das ausschnittsweise dargestellte Kraftfahrzeug umfasst eine Hochvoltbatterie, die ein Batteriegehäuse umfasst, wobei das Batteriegehäuse Seitenwände 1.1 und einen die Seitenwände 1.1 oben bedeckenden Deckel 1.2 umfasst. Die Seitenwände 1.1 und der Deckel 1.2 sind durch eine unten offene Wanne 1 ausgebildet.
  • Eine Vielzahl von Batteriezellen 2 sind im Batteriegehäuse, also in der Wanne 1, angeordnet. Die Batteriezellen 2 sind stehend innerhalb der Wanne 1 auf einer Trägerplatte 4 montiert, so dass die elektrischen Kontakte der Batteriezellen 2 nach oben gerichtet sind und die Zellenböden nach unten gerichtet sind.
  • Die Batteriezellen 2 sind auf einem Zellenträger 6 montiert, der mit der Trägerplatte 4 gefügt oder einstückig ausgebildet ist.
  • Flächige Kühlplatten 7 sind auf dem Zellenträger 6 angeordnet, unterhalb der Batteriezellen 2.
  • Der Deckel 1.2 der Wanne 1 bildet ein Bodenblech 3 des Kraftfahrzeugs und ist an den seitlichen Rändern von unten an einem weiteren, randseitigen Bodenblech 3 befestigt, nämlich über Verschraubungen 11 verschraubt und zusätzlich geklebt, mittels Klebstoff 13 zwischen dem randseitigen Bodenblech 3 und dem Deckel 1.2 der Wanne 1. Das randseitige Bodenblech 3 kann vom Schweller 9 ausgebildet sein, insbesondere von einer Schale des Schwellers innen oben 9.2.
  • Der Deckel 1.2 der Wanne 1 weist optional Befestigungspunkte 14 für Sitzquerträger auf. Sitzquerträger können direkt an der Wanne 1 befestigt werden, insbesondere mit dem Deckel 1.2 verschraubt werden.
  • Die Wanne 1 ist an einem seitlichen Schweller 9 des Kraftfahrzeugs befestigt, nämlich von unten montiert. Die Befestigung der Wanne 1 am Schweller 9 erfolgt mittels Klebstoff 13 und Schraubverbindung 11. Die Befestigung am Schweller 9 kann an einem seitlichen Rand der Wanne 1 erfolgen, der einen zur Fahrbahn und zum Deckel 1.2 parallelen Flansch ausbildet. Die Wanne 1 ist in Fig. 1 an einer Schale 9.1 des Schwellers 9 die die Außenseite des Schwellers 9 ausbildet befestigt. Eine zusätzliche Befestigung der Wanne 1 erfolgt, wie zuvor beschrieben, mit einer Schale 9.2 des Schwellers 9, die innen liegen kann und einen oberen Teil des Schwellers 9 ausbilden kann. Ein unterer Teil der Innenseite des Schwellers 9 kann durch die Seitenwände 1.1 der Wanne 1 ausgebildet sein. Der Schweller 9 kann zudem eine mittige Versteifung oder Schale 9.3 aufweisen. Die mittige Schale 9.3 kann ebenfalls an der Wanne 1 befestigt sein.
  • Die Wanne 1, insbesondere Seitenwände 1.1 der Wanne 1, bilden somit einen Teil der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, nämlich der seitlichen Schweller 9 des Kraftfahrzeugs, aus.
  • Die Wanne 1 ist aus zumindest zwei Blechen 1.3, 1.4 verschiedener Materialdicke und/oder Materialgüte gefügt, wie in Fig. 2a und Fig. 2b dargestellt. Dadurch kann eine Gewichtsersparnis durch optimale Baudickenverteilung erreicht werden.
  • Ein erstes Blech 1.3 mit einer ersten Materialdicke bildet im Wesentlichen die Seitenwände 1.1 der Wanne 1 aus. Ein zweites Blech 1.4 mit einer zweiten Materialdicke bildet im Wesentlichen den Deckel 1.2 und somit bevorzugt auch das Bodenblech 3 aus.
  • In der Variante der Fig. 2a bildet die Wanne 1 eine zweiteilige Bauteilgruppe, nämlich eine Schweißgruppe. Das erste Blech 1.3 weist eine Materialdicke von 2 mm auf, das zweite Blech 1.4 eine Materialdicke von 1 mm. Das erste Blech 1.3 und das zweite Blech 1.4 sind in einem Flanschbereich 8 miteinander verschweißt und abgedichtet. Der Flanschbereich 8 ist horizontal angeordnet.
  • In der Variante der Fig. 2b ist die Wanne 1 einteilig durch Platinenschwei-ßen hergestellt. Zwei Bleche mit unterschiedlicher Dicke werden hier bereits als Platine verschweißt und anschließend umgeformt. Das Material ist also platinengeschweißt mit einer Dicke von 2 mm im Bereich der Seitenwand 1.1 der Wanne 1 und mit einer Dicke von 1 mm im Bereich des Deckels 1.2 der Wanne 1.
  • Wie in Fig. 3 gut ersichtlich, ist eine Vielzahl von Querträgern 5 der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs innerhalb der Wanne 1 der Hochvoltbatterie angeordnet, wobei die Querträger 5 einstückig mit dem Zellenträger 6 ausgebildet sein können.
  • Die Batteriezellen 2 sind jeweils in den Zwischenräumen zwischen den Querträgern 5 an den Querträgern 5 montiert, so dass mehrere parallele Reihen von Batteriezellen 2 zwischen den Querträgern 5 verlaufen. Die Batteriezellen 2 können an den Querträgern 5 über mechanische Fügeelemente 11, wie Schrauben, befestigt, also zum Beispiel verschraubt sein.
  • Die Trägerplatte 4 bildet den die Wanne 1 an deren Unterseite bedeckenden Boden der Hochvoltbatterie.
  • In der Ausführungsform der Fig. 4 sind die Befestigungspunkte 16 der Trägerplatte 4 an der gleichen Y Position wie die Befestigungspunkte 15 der Wanne 1. Die Trägerplatte 4 hat an den Schraubpositionen der Wanne 1 Ausnehmungen, damit sie gefügt werden kann. Der Vorteil dieser Ausführung liegt in dem besseren Kraftflußverlauf bei einem Seitenaufprall, und in einem nochmals vergrößerten Innenraum des Batteriegehäuses. In der Ausführung der Fig. 3 liegen die Befestigungspunkte 16 der Trägerplatte in Y Richtung näher an den Batteriezellen 2 als die Befestigungspunkte 15 der Wanne bzw. zwischen den Befestigungspunkten 15 der Wanne, also innen.
  • Im Gegensatz zu herkömmlichen Bauweisen wird erfindungsgemäß somit ein Batteriegehäuse wie eine verkehrte Wanne 1 in eine Fahrzeugkarosserie strukturintegriert eingebaut und schließt gleichzeitig eine Bodengruppe von unten ab. Dabei wird zum Fügen der Wanne 1 ein Montageklebstoffsystem mit Klebstoff 13 verwendet, in Kombination mit mechanischen Fügeelementen 11, wie Schrauben, Nieten etc. Die mechanischen Fügepunkte 11 ermöglichen eine kontinuierliche Fertigung der Fahrzeuge, ohne dass das Fahrzeug zum Aushärten des Klebstoffes 13 ausgeschleust werden muss.
  • Die Batteriemodule 2 sind dabei auf einer Trägerplatte 4 mit integriertem Zellenträger 6 stehend angeordnet und werden von unten eingebaut. Die Trägerplatte 4 ist gleichzeitig als Unterfahrschutz ausgeführt und ist wieder demontierbar.
  • Die Vormontage des Batteriegehäuses erfolgt im ausgebauten Zustand. Zuerst werden die Kühlplatten 7 in den Zellenträger 6 eingelegt, anschließend werden die Zellen 2 von oben in den Zellenträger eingesetzt und elektrisch miteinander verbunden. Zum Schluss wird die Trägerplatte 4 und die Wanne 1 miteinander verschraubt. Der Zellenträger 6 kann als einteiliges Gußteil zusammen mit der Trägerplatte 4 ausgeführt werden, oder auch als mehrteilige Schweißbaugruppe oder auch als Materialkombination, zum Beispiel die Trägerplatte 4 aus GFK und der Zellenträger 6 aus Aluminium.
  • Nach dem Verschrauben der Trägerplatte 4 mit der Wanne 1 erfolgt die Kontaktierung der Zellen 2 zu Steckerverbindungen an der Stirnseite des Gehäuses durch eine Ausnehmung. Danach wird eine Schließplatte, die auch die Steckverbindungen beinhaltet, gasdicht an das Gehäuse verschraubt.
  • Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist der Bauraumzugewinn in Y Richtung um den Querschnitt, den üblicherweise ein Batterierahmen benötigt, sowie die Integration mehrerer Bauteile und die damit verbundene Einsparung an Einzelteilen und an der Fügetechnik.
  • Die Z-Maßkette wird ebenfalls kleiner aufgrund des fehlenden Luftspaltes zwischen Bodenplatte und Batteriegehäuse.
  • Durch den Entfall des Batterierahmens werden weiters Kosten und Gewicht eingespart.
  • Die Wartung oder Reparatur der Batteriezellen 2 kann im ausgebauten Zustand der Trägerplatte 4 von oben durchgeführt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wanne
    1.1
    Wanne Seitenwand
    1.2
    Wanne Deckel
    1.3
    erstes Blech
    1.4
    zweites Blech
    2
    Batteriezellen
    3
    Bodenblech
    4
    Trägerplatte
    5
    Querträger
    6
    Zellenträger
    7
    Kühlplatte
    8
    Flanschbereich
    9
    Schweller
    9.1
    Schweller außen
    9.2
    Schweller innen oben
    9.3
    Schweller mittig
    11
    Verschraubung
    12
    Tragstruktur
    13
    Klebstoff
    15
    Befestigungspunkte Wanne
    16
    Befestigungspunkte Trägerplatte

Claims (17)

  1. Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie, wobei die Hochvoltbatterie ein Batteriegehäuse umfasst, wobei das Batteriegehäuse zumindest Seitenwände (1.1) und einen die Seitenwände (1.1) oben bedeckenden Deckel (1.2) umfasst, wobei eine Vielzahl von Batteriezellen (2) im Batteriegehäuse angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (1.1) und der Deckel (1.2) durch eine unten offene Wanne (1) ausgebildet sind, wobei eine Trägerplatte (4) den, die Wanne (1) an deren Unterseite bedeckenden Boden der Hochvoltbatterie bildet, wobei die Batteriezellen (2) auf der Trägerplatte (4) montiert sind, wobei die Wanne (1) aus zumindest zwei Blechen (1.3, 1.4) verschiedener Materialdicke und/oder Materialgüte gefügt ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Blech (1.3) mit einer ersten Materialdicke und/oder Materialgüte im Wesentlichen die Seitenwände (1.1) ausbildet und ein zweites Blech (1.4) mit einer zweiten Materialdicke und/oder Materialgüte im Wesentlichen den Deckel (1.2) ausbildet.
  3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (1) eine zweiteilige Bauteilgruppe bildet, wobei das erste Blech (1.3) und das zweite Blech (1.4) in einem Flanschbereich (8) miteinander verschweißt sind und bevorzugt im Flanschbereich (8) abgedichtet sind.
  4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (1) einteilig durch Platinenschweißen hergestellt ist, wobei das erste Blech (1.3) und das zweite Blech (1.4) bereits als Platine miteinander verschweißt sind und anschließend umgeformt sind.
  5. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) stehend auf der Trägerplatte (4) montiert sind, so dass die elektrischen Kontakte der Batteriezellen (2) nach oben gerichtet sind und die Zellenböden nach unten gerichtet sind.
  6. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) auf einem Zellenträger (6) montiert sind, wobei der Zellenträger (6) einstückig von der Trägerplatte (4) ausgebildet ist oder mit der Trägerplatte (4) gefügt ist.
  7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, bevorzugt mehrere flächige Kühlplatten (7) auf dem Zellenträger (6) angeordnet sind, unterhalb der Batteriezellen (2).
  8. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) ein Unterfahrschutzblech (4) des Kraftfahrzeugs ausbildet.
  9. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (1.2) der Wanne (1) ein Bodenblech (3) des Kraftfahrzeugs bildet und/oder von unten an einem Bodenblech (3) befestigt ist, insbesondere verschraubt und/oder geklebt.
  10. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (1.2) der Wanne (1) Befestigungspunkte (14) für Sitzquerträger aufweist und/oder dass Sitzquerträger an der Wanne befestigt sind, insbesondere mit dem Deckel (1.2) der Wanne (1) verklebt und/oder verschraubt.
  11. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (1) an einer übrigen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, bevorzugt an seitlichen Schwellern (9) des Kraftfahrzeugs, von unten montiert ist, bevorzugt geklebt und geschraubt.
  12. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (1), insbesondere Seitenwände (1.1) der Wanne (1), einen Teil der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, bevorzugt der seitlichen Schweller (9) des Kraftfahrzeugs, ausbilden.
  13. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Querträgern (5) der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs innerhalb der Wanne (1) der Hochvoltbatterie angeordnet sind.
  14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 und nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querträger (5) mit dem Zellenträger (6) verschweißt oder einstückig sind.
  15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) jeweils in den Zwischenräumen zwischen den Querträgern (5) stehend an den Querträgern (5) montiert sind, so dass mehrere parallele Reihen von Batteriezellen (2) zwischen den Querträgern (5) verlaufen.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein erstes Blech (1.3) mit einer ersten Materialdicke im Wesentlichen die Seitenwände (1.1) ausbildet und ein zweites Blech (1.4) mit einer zweiten Materialdicke im Wesentlichen den Deckel (1.2) ausbildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blech (1.3) und das zweite Blech (1.4) geformt werden und danach in einem Flanschbereich (8) miteinander verschweißt werden um die Wanne (1) zu bilden oder dass das erste Blech (1.3) und das zweite Blech (1.4) bereits als Platine miteinander verschweißt werden und anschließend umgeformt werden um die Wanne (1) zu bilden.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vormontageprozess die Batteriezellen (2) auf die Trägerplatte (4) aufgesetzt werden, insbesondere in den Zellenträger (6) eingesetzt werden, dann die Trägerplatte (4) mit der Wanne (1) gefügt wird, zur Herstellung der Hochvoltbatterie und danach die vormontierte Hochvoltbatterie von unten in einer übrigen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs montiert wird, bevorzugt an seitlichen Schwellern (9) des Kraftfahrzeugs befestigt wird.
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US19/096,932 US20250313097A1 (en) 2024-04-08 2025-04-01 Motor vehicle with a high voltage battery
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